Engineering Principles of Ground Modification

ایده نوشتن این کتاب، از علاقه دیرینه به روش‌ های بهسازی خاک برای اهداف مهندسی، به ویژه آن‌هایی که شامل تقویت با نوارها و مش‌ها می‌شوند، شکل گرفت. انگیزه دیگر، انتقال اطلاعات مختلف و مورد نیاز به دانشجویان است. زیرا اطلاع دانشجویان مهندسی عمران از فرآیندهای سنتی و همچنین بسیاری از فرآیندهای ساخت و ساز ژئوتکنیکی جدید و هیجان انگیز امری ضروری به نظر می رسد. کتاب اصول مهندسی بهسازی زمین از چندین نسل از یادداشت های سخنرانی که برای دوره ای در زمینه بهسازی خاک توسط نویسنده در دانشگاه صنعتی سیدنی تهیه شده، شکل گرفته است.

معمولاً دوره‌های مقدماتی مکانیک خاک/ مهندسی خاک یا مهندسی ژئوتکنیک که بخشی از برنامه های درسی مهندسی عمران را تشکیل می‌دهند، با دوره‌های پیشرفته با تأکید بر روش‌های عددی در ژئومکانیک، چه به عنوان بخشی از یک دوره کارشناسی اختیاری یا یک برنامه کارشناسی ارشد تخصصی دنبال می‌شوند. چنین رویکردی اجازه می‌دهد تا مشکلات پیچیده‌تری مورد بررسی قرار گیرد، اما اغلب کمک چندانی به تقویت دانش اولیه در مورد خواص و رفتار خاک نمی‌کند. بنابراین، مهارت‌های ریاضی باید با موضوعات کاربردی‌تر، مانند درمان عمیق روش‌های تجربی در آزمایشگاه یا در بازدید محلی از پروژه های مختلف، تکمیل شوند.

دوره ای در اصول بهسازی زمین، اهداف مطالعه پیشرفته را که در بالا تعریف شده است را ترکیب نموده و گسترش می دهد:

• تایید مجدد ارتباط قوانین اساسی فیزیک و شیمی با مکانیک خاک
• بررسی و افزایش دانش اولیه از خصوصیات خاک با توجه به روابط وزنی- حجمی، مقاومت، تراکم پذیری، جریان آب و موارد دیگر
• معرفی روش های تحلیلی جدید
• نشان دادن اینکه چگونه دانش نظری و مشاهده عملکرد مهندسی به کاربرد منطقی روش‌های بهسازی زمین کمک می‌کند.

خواننده می تواند در ابداع صحیح راه حل های جایگزین برای مشکلات دشوار پی و ساخت زمین و ارزیابی اثربخشی آنها در قبل، حین و پس از ساخت، شایستگی کسب کند. مطالعه بسیاری از رویکردهای مختلف برای اصلاح زمین، ذهن هر مهندس را گسترش می دهد و الهام بخش خلاقیت و نوآوری در ساخت و ساز ژئوتکنیک و زمینه های مرتبط است.

نویسنده کتاب اصول مهندسی بهسازی خاک انتظار دارد که اولین دوره در اصلاح زمین بر موضوعات تراکم، آبگیری، تثبیت سطح با مواد افزودنی و تقویت کششی تزریق، تقویت توسط لنگر و محصور کردن، پیش بارگذاری با زهکشی عمودی، استفاده از ژئوسنتتیک، گرمایش و انجماد خاک، و یا الکترواسموز می تواند به عنوان موضوعات انتخابی اضافه شود یا ممکن است دوره بعدی را نشان دهد. خیلی به این بستگی دارد که این روش ها قبلاً در موضوعات قبلی چقدر مؤثر بوده اند.

در حال حاضر، ارائه منسجم و سیستماتیک روش های اصلاح زمین به عنوان بخشی از برنامه درسی دانشگاه هنوز بسیار نادر است. اغلب موضوعات مرتبط با بهسازی در موضوعات مختلفی پخش می‌شوند و در مهندسی ژئوتکنیک پیشرفته، هیدرولوژی آب زیرزمینی، ساخت و ساز، سازه های نگهدارنده، سدها، طراحی روسازی، حفاری‌های زیرزمینی، ژئوسنتتیک و موارد دیگر پنهان می شوند. پس از بحث‌های فراوان با دانشگاهیان و متخصصان، نویسنده متقاعد شده است که حوزه موضوعی اصلاح زمین به اندازه‌ای بالغ شده است که در یک دوره جداگانه پوشش داده شود. این رویکرد یک مهندس را بهتر تجهیز می کند تا تصمیمی آگاهانه در مورد اینکه از کدام روش در یک موقعیت خاص استفاده کند، بگیرد. امید است که این متن در چنین کاری کمک کند. بسیاری از منابع، نشریات، شرکت ها و افراد اعم از دانشگاهیان، طراحان و مهندسان ساختمانی الهام بخش نویسنده در نوشتن کتاب اصول مهندسی بهسازی زمین بوده است.

در کتاب اصول مهندسی بهسازی زمین ذسعی شده است تا حد امکان به منشأ ایده ها، مفاهیم و اطلاعات عددی یا گرافیکی ارجاعات دقیقی داده شود.

قالب کتاب اصول مهندسی بهسازی خاک متناسب با دانشجویان مهندسی عمران در مقطع کارشناسی ارشد طراحی شده است. با این حال، مهندسین پیگیر دیگر نیز از خواندن متن و تکمیل مسائل در پایان هر فصل سود خواهند برد. بیشتر این مشکلات برای آزمایش درک مطلب و تأکید بر نکات خاصی که در متن ذکر شده است، در نظر گرفته شده است. مشکلات دیگر بیانگر موقعیت های واقعی تصمیم گیری هستند و در خدمت کسب مهارت های عملی هستند. برخی از موضوعات بحث می تواند دانش ژئوتکنیک خواننده را به چالش بکشد و ممکن است نیاز به تحقیق در متون دیگر و منابع اصلی داشته باشد.

به طور کلی نویسنده برای پوشش بهتر مطالب در زمینه بهسازی خاک، کتاب را به 5 بخش تقسیم بندی نموده است. در بخش 1 مقدمه ای چند صفحه ای از کلیات بحث بهسازی و مباحثی نظیر علل نیاز به بهسازی خاک، طبقه بندی انواع روش های بهسازی و … پرداخته شده است.

در بخش دوم کتاب (Part II) موضوع اصلاح مکانیکی بررسی شده است. در این بخش که شامل 4 فصل از کتاب می باشد در ابتدا موضوع اصول تراکم و روابط موجود به ویژه روابط تجربی رایج در این زمینه متناسب با انواع خاک ها ذکر شده است. در ادامه آزمایش های کنترل تراکم به ویژه آزمون های برجا به خوبی پوشش داده شده است.

اما بخش سوم کتاب اصول مهندسی بهسازی خاک (Part III) به تبیین نکات مرتبط با اصلاح هیدرولیکی اختصاص دارد. این بخش از کتاب، فصل های 7 تا 12 را در بر می گیرد. در فصل 7 مقدمه ای از روش اصلاح هیدرولیکی و برخی از کاربردهای آن مطرح شده است. در فصل 8 از کتاب اصول مهندسی بهسازی زمین نویسنده به نحوی مناسب به توضیح هیدرولیک شکاف ها و چاه ها پرداخته است. در فصل 9 طراحی سیستم های زهکشی در شیروانی ها و گودها توضیح داده شده است. در فصل 10 کتاب به کاربرد ژئوسنتتیک ها در موضوع زهکشی و فیلتراسیون به عنوان یکی از مباحث به روز در موضوع بهسازی خاک پرداخته شده است. پیش بارگذاری و استفاده از زهکش های قائم یکی دیگر از روش های پرکاربرد در ژئوتکنیک برای بهسازی زمین محسوب می شود که موضوع فصل 11 کتاب است. استفاده از روش های زهکشی و تثبیت الکتروکینتیک نیز در فصل 12 بیان شده است.

در بخش چهارم کتاب اصول مهندسی بهسازی خاک (Part IV) روش های فیزیکی و شیمیایی رایج در اصلاح خاک در طی فصل های 13 تا 15 مطرح شده است. یکی از روش های بهسازی خاک تثبیت آن به کمک مخلوط کردن برخی مواد نظیر سیمان پرتلند، آهک و … می باشد. در فصل 13 نویسنده به برخی از این مخلوط ها اشاره کرده است و توضیح مختصری از هر کدام از مخلوط ها ارائه نموده است. گروتینگ به عنوان تزریق مواد سیال به فضاهای خالی از زمین یا فضاهای بین زمین و سازه های مجاور، به طور کلی از طریق گمانه ها و تحت فشار تعریف می شود. بسیاری از گروت ها به گونه ای طراحی شده اند که پس از تزریق، فورا یا در طی یک دوره زمانی، سفت شوند (ژل یا سفت شوند). هدف اصلی تزریق، تولید خاک یا سنگ قوی‌تر، متراکم‌تر و یا کمتر نفوذپذیر است: همچنین ممکن است به سادگی برای پر کردن فضاهای خالی که در غیر این صورت غیرقابل دسترس هستند و ممکن است از انتقال تنش کافی در داخل زمین یا از یک سازه به زمین جلوگیری کند، استفاده گردند که در فصل 14 از کتاب اصول مهندسی بهسازی زمین به خوبی این موضوع شرح داده شده است. در فصل 15 کتاب اصلاح حرارتی به انجماد مصنوعی خاک ها و سنگ های شکسته و عملیات حرارتی خاک های رسی به منظور بهبود ویژگی های زمین اشاره دارد. در هر دوی این فرآیندها از انرژی حرارتی استفاده می شود. اما این دو در کاربرد و اثرات کاملاً متفاوت هستند. باید گفت که در ادبیات ژئوتکنیکی، اصطلاح “تثبیت حرارتی خاک ها” اغلب مخفف “تصفیه حرارتی” خاک به تنهایی است و انجماد مصنوعی زمین را شامل نمی شود.

بخش 5 کتاب اصول مهندسی بهسازی خاک (Part V) به توضیح انواع روش های تقویت ویژگی های خاک به کمک محصور نمودن آن اشاره دارد. علاوه بر این انواع مدل های مکانیکی موجود در این زمینه و برخی از روش های رایج برای افزایش محصور شدگی نظیر مش بندی، استفاده از راک بولت، استفاده از نیل و انکر و نیز استفاده از قاب ها در تقویت خاک در بخش آخر کتاب اصول مهندسی بهسازی زمین در حد قابل قبولی شرح داده شده است.